细胞球体的生产制造技术

本发明专利技术涉及一种用于生产细胞球体的微流控装置(1；8)，所述微流控装置包括至少一个腔室(2；9)，所述腔室包括将流体引入腔室(2；9)的流体入口(3)和将所述流体从腔室(2；9)导出的流体出口(4)，其中所述至少一个腔室(2；9)包括由基板(5；10)形成的底座，基板(5；10)包括至少两个凹槽(6；11)，从而当基板(5；10)与包含生物细胞的流体接触时收集该流体，其中所述至少两个凹槽(6；11)的尺寸从所述至少一个腔室(2；9)的流体入口(3)到流体出口(4)减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】细胞球体的生产
本专利技术涉及用于生产细胞球体(spheroid)的微流控装置、系统和方法。
技术介绍
为了解组织和器官的形成，以及体外疾病，传统的二维(2D)细胞培养被用来阐明这些问题。但是2D细胞培养技术不能忠实地复制体内存在的机械和生化信号，因为生物学显然是一个复杂的3D系统。在2D技术中，细胞-表面的相互作用占主导地位，而不是形成正常细胞功能基础的关键的细胞-细胞和细胞-细胞外基质(ECM)的相互作用。然而，在过去的二十年里，人们对细胞微环境重要性的认识有所提高。这种新的细胞培养模式，称为3D细胞培养，正在迅速普及。相比之下，三维(3D)细胞培养有助于以模拟自然微环境的空间相关方式生产同型或异型细胞培养物。采用3D细胞培养的优点包括改善了类似体内的情况，即细胞被其天然ECM包围并且细胞彼此直接接触。另外，广泛的细胞-细胞和细胞-ECM相互作用的存在(类似于体内情况)促进了原始组织生物学的自然结构和功能的恢复。多细胞球体是3D细胞聚集体，这是一种非常有前途的模型，可用于评估例如化疗、基于细胞和抗体的免疫治疗、基因治疗和组合治疗等治疗方法。3D球体模型可用于改进化合物穿透和靶向进入组织的给药系统。3D球体对微流控技术的最新进展表现出适应性反应，微流控技术允许更好地控制球体的尺寸和随后的药物筛选研究。微流控技术也被称为芯片上的器官技术，是将分析实验室程序调整、小型化、一体化和自动化为单一的装置或“芯片”。细胞球体通常是使用悬滴法生产的。因此，含有细胞(例如真核细胞、哺乳动物细胞)的流体通过悬浮方式以单个液滴施加至载玻片上(例如，参见FotyR(JVisExp.2011；(51):2720)。这些细胞趋向于彼此结合，从而在一定时间后在液滴中形成细胞球体。每个液滴包含一个细胞球体。这类生产细胞球体的方法有几个缺点。表面张力限制了悬滴法制备的液滴的最大尺寸，同时，由于悬浮液滴的尺寸较小，蒸发也是一个很大的问题。当液滴中的水分蒸发时，培养基中蛋白质和盐等可溶性成分的浓度增加，细胞经受不断变化的渗透压，从而损害其正常形态和功能。为避免液滴脱水并为液滴提供额外的细胞和营养物质以增加圆形球体的尺寸，需要不时小心地重新填充液滴。最常见的是，用带有细针头的注射器重新填充液滴。为避免液滴滴落，重新填充时需要特别小心，因为液滴有可能由于超量填充或颤动而从载玻片滑落。不管怎样，已经形成的细胞球体都会被破坏。因此，取决于球体培养者的技能及其灵巧程度，许多球体在培养过程中可能立刻丢失。由于这一点，生产可能非常令人沮丧且耗时，特别是如果需要生产更大的细胞球体。已知的生产方法的另一个缺点是，每个载玻片上只能施加少量的液滴，以避免在载玻片处理不够小心时造成过多的损失。因此，需要大量的单个载玻片来生产足够数量的细胞球体。而且单个球体的尺寸几乎不受影响，导致球体具有不同的尺寸。Kwapiszewska等人(LabChip,2014,14,2096)描述了用于培养例如肿瘤细胞的细胞球体的微流控芯片。在Zuchowska等人(Electrophoresis,2017,38,1206-1216)中，公开了不同浓度的抗癌剂对用微流控系统生产的肿瘤细胞球体的影响。Patra等人(Microfluidics,2013,7,054114)描述了用于形成、培养和收集球体(例如来自癌细胞)的微流控装置。US2016/097028公开了一种用于培养球体并从所述装置收获所述球体的微流控装置。WO2017/188890中描述了在包含微孔的装置中稀有血细胞的富集和扩增。WO2018/067802公开了用于多重化学品高通量分析的微流控装置。US2009/298116描述了一种用于培养三维多细胞的细胞簇的包括微孔的细胞培养装置。Moshksayan等人(SensorsandActuatorsB,2018,263,151-176)综述了几种用于球体形成和培养的微流控设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供增强和促进细胞球体的生产的方法和手段。因此，本专利技术涉及一种用于生产细胞球体的微流控装置，所述微流控装置包括至少一个腔室，所述腔室包括将流体引入腔室的流体入口和将所述流体从腔室导出的流体出口，其中所述至少一个腔室包括由基板(包括至少两个凹槽)形成的底座，从而当基板与包含生物细胞的流体接触时收集该流体，其中所述至少两个凹槽的尺寸从所述至少一个腔室的流体入口到流体出口减小。本专利技术的另一个方面涉及一种用于生产细胞球体的微流控装置，所述微流控装置包括至少一个腔室，所述腔室包括将流体引入腔室的流体入口和将所述流体从腔室导出的流体出口，其中所述至少一个腔室包括由基板(包括至少一个凹槽)形成的底座，从而当基板与包含生物细胞的流体接触时收集该流体。可选地，这样的装置包括至少两个凹槽，其中所述至少两个凹槽的尺寸可从所述至少一个腔室的流体入口到流体出口减小。本专利技术也涉及一种用于生产细胞球体的方法，所述方法包括以下步骤：-将包含生物细胞的流体施加到根据本专利技术的装置的至少一个腔室中，从而将所述流体提供给至少一个凹槽；和-将包含所述流体的装置温育至少2小时，直到在所述至少一个凹槽中形成至少一个细胞球体。本专利技术的另一个目的涉及一种生产细胞球体的系统，所述系统包括至少一个本文所限定的微流控装置。本专利技术的另一个方面涉及本文所限定的装置或系统用于生产细胞球体的用途。令人惊讶的是，本专利技术的微微孔装置显示出在基板的底座的所述至少两个凹槽中生产细胞球体的特殊能力。利用根据本专利技术的微流控装置和方法，可以在基板中的所述至少一个凹槽中以可再现、可靠和有效的方式生产细胞球体。本专利技术的微流控装置的一个主要优点是，与例如悬滴细胞培养等其他技术(例如参见FotyR(JVisExp.2011；(51):2720)相比，能够以更可重复的方式生产具有限定尺寸/直径的细胞球体。使用本专利技术的微流控装置生产细胞球体的另一个优点是，通过在生产期间简单地提供培养基流，有可能在球体形成期间向细胞提供新鲜培养基。在本专利技术装置的基板上提供至少两个凹槽，允许在一个微流控装置内生产任意数量的圆形球体。此外，通过在基板上提供多个凹槽，可以非常经济高效地生产细胞球体。优选地，根据本专利技术的微流控装置具有15至30个凹槽。所述至少两个凹槽具有不同的尺寸和形状。这样的优点是，不同大小的细胞球体可以在一个单一的微流控装置内生产。所述至少两个凹槽的尺寸从所述至少一个腔室的流体入口到流体出口减小。因此，最小的一个或多个凹槽位于最靠近流体出口处。如本文所述，通过用排出流体以不同速度冲洗所述至少一个腔室，细胞球体可依据其尺寸被洗脱。因为最小的一个或多个凹槽排列在最靠近出口处，且其余凹槽以上升的方式朝向入口排列，因此获得的优点是，通过从最小的一个或多个凹槽处依据细胞球体的大小对其进行洗脱，洗脱的细胞球体不会卡在仍然含有细胞球体的其他凹槽处。本文所用的“细胞球体”是呈球体形式或具有类球体形式的三维细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产细胞球体的微流控装置(1；8)，所述微流控装置包括至少一个腔室(2；9)，所述腔室包括将流体引入腔室(2；9)的流体入口(3)和将所述流体从腔室(2；9)导出的流体出口(4)，其中所述至少一个腔室(2；9)包括由基板(5；10)形成的底座，所述基板包括至少两个凹槽(6；11)，从而当基板(5；10)与包含生物细胞的流体接触时收集该流体，其中所述至少两个凹槽(6；11)的尺寸从所述至少一个腔室(2；9)的流体入口(3)到流体出口(4)减小。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180921 EP 18195997.41.一种用于生产细胞球体的微流控装置(1；8)，所述微流控装置包括至少一个腔室(2；9)，所述腔室包括将流体引入腔室(2；9)的流体入口(3)和将所述流体从腔室(2；9)导出的流体出口(4)，其中所述至少一个腔室(2；9)包括由基板(5；10)形成的底座，所述基板包括至少两个凹槽(6；11)，从而当基板(5；10)与包含生物细胞的流体接触时收集该流体，其中所述至少两个凹槽(6；11)的尺寸从所述至少一个腔室(2；9)的流体入口(3)到流体出口(4)减小。


2.根据权利要求1所述的装置(1；8)，其中所述流体入口(3)和流体出口(4)被定位为引导流体从流体入口(3)通过腔室(2；9)流向流体出口(4)。


3.根据权利要求1或2所述的装置(1；8)，其中所述基板(5；10)包括生物相容性材料、由生物相容性材料构成或涂覆有生物相容性材料。


4.根据权利要求3所述的装置(1；8)，其中所述生物相容性材料是硅酮或塑料材料或玻璃。


5.根据权利要求3或4所述的装置(1；8)，其中所述生物相容性材料选自由聚苯乙烯、环烯烃共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、环烯烃聚合物、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、全氟聚醚(PFPE)、聚氨酯、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚酯和巯基-烯类组成的组。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置(1；8)，其中所述至少两个凹槽(6；11)和/或基板(5；10)至少部分涂覆有防污层。


7.根据权利要求6所述的装置(1；8)，其中所述防污层选自由以下物质组成的组的材料：聚乙二醇(PEG)基聚合物，优选具有不同长度的PLL-g-PEG或PEG，从约22到450个重复单元变化，和/或对应于1000到20000Da范围内的分子量；聚甜菜碱，如聚(磺基甜菜碱)(PSB)或聚(羧基甜菜碱)(PCB)；聚两性电解质；氟化聚合物；多糖，如琼脂或琼脂糖；聚羟基聚合物，如聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)(聚HEMA)或聚甲基丙烯酸羟丙酯(聚HPMA)；聚(环氧乙烷)；羟丙基甲基纤维素(HPMC)；聚乙烯醇(PVA)；聚(甲基丙烯酸2-羟乙酯)(pHEMA)；聚(丙烯酸)(PAA)；右旋糖苷；羟乙基纤维素(HEC)；天然生物聚合物(疏水蛋白，S-层蛋白SbpA)；防污纳米界面，如聚电解质多层(PEMs)、自组装单层(SAMs)；非离子表面活性剂，如聚氧乙烯十二醇、吐温-20、正十二烷基-D-麦芽糖苷(DDM)和pluronics(三嵌段共聚物PEO-b-聚(环氧丙烷)-b-PEO)；以及硅烷，如3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)和3-氯丙基三氯硅烷(CPTMS)以及(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置(1；8)，其中所述至少两个凹槽(6；11)具有半球、球冠、半椭球体、圆锥体、截锥体、阶梯形圆锥体、棱锥体、截棱锥、阶梯形棱锥体、圆环或椭圆抛物面的形状。


9.根据权利要求8所述的装置(1；8)，其中采用具有球冠形状的所述至少两个凹槽(6；11)时，所述球冠具有的极角(α)为30°至90°，优选40°至90°，更优选50°至90°，更优选60°至90°，更优选70°至90°，更优选80°至90°，更优选85°至90°。


10.根据权利要求8所述的装置(1；8)，其中采用具有椭圆抛物面形状的所述至少两个凹槽(6；11)时，所述抛物面的壳面(18)的至少一部分由式y＝A*xB的抛物线在空间旋转而形成，其中A为0.05至10，优选为0.05、0.1、0.25、0.5、0.75、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10，并且B为2、4或6。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置(1；8)，其中所述至少两个凹槽(6；11)具有的深度为50μm至1mm，优选50μm至800μm，更优选50μm至500μm。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置(1；8)，其中所述至少两个凹槽(6；11)具有的宽度或直径为100μm至2mm，优选100μm至1.5mm，更优选100μm至1mm。


13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置(1；8)，其中所述至少两个凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·艾伦伯格，P·埃特尔，M·罗斯鲍尔，
申请(专利权)人：维也纳工业大学，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT